專利名稱：多點時鐘同步系統(tǒng)的自動保護(hù)倒換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通訊領(lǐng)域中多點時鐘同步系統(tǒng)，尤其涉及該領(lǐng)域中的系統(tǒng)同步時鐘自動保護(hù)倒換裝置。
隨著電子技術(shù)水平的不斷提高和電子技術(shù)應(yīng)用范圍的迅速擴(kuò)大，在電路設(shè)計中對同步時鐘的要求也越來越高。尤其是在通訊領(lǐng)域，隨著數(shù)字時代的到來，對數(shù)據(jù)傳輸和處理的帶寬的要求越來越高，從而使得同步系統(tǒng)的頻率也越來越高，這就對系統(tǒng)的時鐘提出了越來越高的要求，由于時鐘同步系統(tǒng)中的各個單元是分布在空間上較為分散的單板上的，所以稱為多點時鐘同步系統(tǒng)。目前，多點時鐘同步系統(tǒng)的同步時鐘直接采用TTL電平的時鐘源，由時鐘分配器驅(qū)動后經(jīng)背板傳輸?shù)礁鱾€單板，在單板上經(jīng)過一個鎖相環(huán)后再分配給下一級器件使用。同時，在主備自動倒換的設(shè)計中只是用一個二選一開關(guān)控制器通過系統(tǒng)的主備控制信號來實現(xiàn)時鐘的主備倒換控制。所以使用這種方式設(shè)計的時鐘系統(tǒng)存在著以下不足1、由于在背板上對TTL電平信號進(jìn)行長距離傳輸，容易受外界環(huán)境的干擾；2、在整個時鐘系統(tǒng)中，由于經(jīng)過多級的傳輸和分配而沒有進(jìn)行補(bǔ)償，就有可能因為各個單板布線的長度存在的差異，從而導(dǎo)致在時鐘到達(dá)最終使用器件時出現(xiàn)比較大的偏斜；3、在主備時鐘的倒換過程中，由于是在主、備兩路時鐘之間直接切換，可能會導(dǎo)致時鐘相位在切換過程中出現(xiàn)突變。
本發(fā)明的目的是提出一種具有較強(qiáng)的抗干擾能力以及低偏斜、高穩(wěn)定度并能實現(xiàn)在主備時鐘源之間平滑切換的多點時鐘同步系統(tǒng)自動保護(hù)倒換裝置，以有效克服現(xiàn)有技術(shù)中在主備切換的過程中出現(xiàn)的時鐘大幅偏斜和不穩(wěn)定的缺點。
本發(fā)明所述的多點時鐘同步系統(tǒng)的自動保護(hù)倒換裝置包括兩個時鐘源單元和多個時鐘分配單元；所述的兩個時鐘源單元具有相同的結(jié)構(gòu)，分別位于系統(tǒng)的主、備兩個時鐘板上，每個時鐘源單元包括PECL(Positive Emitter Coupled Logic，正發(fā)射極耦合邏輯)時鐘源和PECL時鐘鎖相分配器，所述的PECL時鐘源(采用差分時鐘晶振)產(chǎn)生一對PECL時鐘信號，傳送給所述的PECL時鐘鎖相分配器，所述的PECL時鐘鎖相分配器將所接收到的PECL時鐘信號轉(zhuǎn)換成多對PECL時鐘信號，并將這些PECL時鐘信號經(jīng)過系統(tǒng)背板分別傳輸?shù)礁鱾€系統(tǒng)單板作為時鐘源；所述的時鐘分配單元位于各個系統(tǒng)單板上，每個系統(tǒng)單板上的時鐘分配單元包括一個帶冗余時鐘源的PECL鎖相環(huán)驅(qū)動器和多個PECL-TTL電平轉(zhuǎn)換時鐘分配器，所述的帶冗余時鐘源的PECL鎖相環(huán)驅(qū)動器同時接收主、備兩對PECL時鐘信號，根據(jù)信號質(zhì)量動態(tài)的在兩對PECL時鐘之間切換，同時鎖相輸入的PECL時鐘信號，輸出多路PECL時鐘信號給各個PECL-TTL電平轉(zhuǎn)換時鐘分配器，所述的PECL-TTL電平轉(zhuǎn)換時鐘分配器將接收到的信號轉(zhuǎn)換成TTL電平的時鐘信號輸出給本板上的各個器件使用。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明所構(gòu)造的自動保護(hù)倒換裝置做進(jìn)一步描述

圖1是本發(fā)明所述裝置中的時鐘源單元結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明所述裝置中的時鐘分配單元結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本發(fā)明所構(gòu)造的自動保護(hù)倒換裝置結(jié)構(gòu)框圖。
圖3所示的本發(fā)明自動保護(hù)倒換裝置包括位于時鐘板上的時鐘源單元和位于單板上的時鐘分配單元，分別如圖1和圖2所示。
在圖1所示的時鐘板的時鐘源單元結(jié)構(gòu)圖中，整個系統(tǒng)中的各個單板的時鐘源都由主、備時鐘板冗余提供。在時鐘板上，由一個差分時鐘晶振(PECL時鐘源)產(chǎn)生一對PECL時鐘信號，經(jīng)過一個PECL時鐘鎖相和分配器可以得到多個穩(wěn)定的PECL時鐘，這些PECL信號經(jīng)過系統(tǒng)背板傳輸?shù)礁鱾€單板作為各個單板的時鐘源。如果一個PECL時鐘鎖相和分配器輸出的PECL時鐘信號的數(shù)量不能滿足系統(tǒng)的需要，可以用多個，但應(yīng)盡量減少分配器數(shù)而用分配比大的分配器。在布線時必須確保從差分時鐘晶振到各PECL時鐘鎖相分配器的布線長度一致，以及各PECL時鐘鎖相分配器的輸出引腳到背板引腳的布線長度一致，這樣才可以使提供給各個單板的PECL時鐘源之間的偏斜降低。
圖2所示的是各個單板的時鐘分配單元結(jié)構(gòu)示意圖。時鐘分配單元位于系統(tǒng)的各個單板上。以一塊單板為例，主要包括一個帶冗余時鐘源的PECL鎖相環(huán)驅(qū)動器以及多個PECL-TTL電平轉(zhuǎn)換時鐘分配器。各個單板由帶冗余時鐘源的PECL鎖相環(huán)驅(qū)動器同時接收主、備兩對PECL時鐘信號，根據(jù)信號質(zhì)量隨時在兩對PECL時鐘之間切換，并且鎖相輸入的時鐘信號，輸出多路PECL時鐘信號給不同的PECL-TTL電平轉(zhuǎn)換時鐘分配器。在PECL鎖相環(huán)驅(qū)動器上通過一對PECL時鐘反饋信號來匹配不同單板上布線長度的差異，這樣可以降低在單板上到達(dá)PECL-TTL電平轉(zhuǎn)換時鐘分配器的各個PECL時鐘之間的偏斜(在接下來的時鐘線路長度匹配的原則中將會詳細(xì)的描述)。從PECL鎖相環(huán)驅(qū)動器輸出的PECL時鐘信號，由PECL-TTL電平轉(zhuǎn)換時鐘分配器負(fù)責(zé)接收，并轉(zhuǎn)換成TTL電平的時鐘信號輸出給本板上的各個器件使用，之所以在PECL時鐘源輸入到各個單板后要經(jīng)過一個TTL電路，是因為需要對輸入時鐘進(jìn)行整形，另外可以實現(xiàn)在時鐘主備倒換的時候的平滑切換。PECL-TTL電平轉(zhuǎn)換時鐘分配器上包括一個TTL電路，以針對分配器到不同器件之間布線長度的差異，進(jìn)行匹配，從而降低到達(dá)各器件的時鐘之間的偏斜。在各個單板上的帶冗余時鐘源的PECL鎖相環(huán)驅(qū)動器需要由系統(tǒng)的CPU來控制，同時將本板的時鐘源狀態(tài)通知系統(tǒng)的CPU。兩者之間交流的信號包括一為帶冗余時鐘源的PECL鎖相環(huán)驅(qū)動器的復(fù)位信號，系統(tǒng)CPU給每個單板一個復(fù)位信號。在工作正常后如果原始PECL時鐘信號由于外界干擾出現(xiàn)不正常，則帶冗余時鐘源的PECL鎖相環(huán)分配器會將時鐘源切換到第二路PECL時鐘，同時通知CPU，由CPU給出復(fù)位信號復(fù)位帶冗余時鐘源的PECL鎖相環(huán)分配器，如果原始PECL時鐘此時已經(jīng)恢復(fù)正常(通常情況下是如此)，則會將時鐘源切換回原始PECL時鐘。如果原始PECL時鐘此時仍沒恢復(fù)正常，則仍選用第二路PECL時鐘作為時鐘源。另外為兩個PECL時鐘源狀態(tài)信號，各個單板上的帶冗余時鐘源的PECL鎖相環(huán)分配器，通過這兩個PECL時鐘源狀態(tài)信號通知系統(tǒng)CPU，來報告此時兩路時鐘源的好或壞。
下面結(jié)合圖3所示本發(fā)明的時鐘保護(hù)倒換裝置描述一下在布線的時候遵循的線路長度匹配的原則。對于板級設(shè)計，如果同步時鐘頻率較高，而且對穩(wěn)定度和偏斜有要求的話，那么在時鐘電路布線的時候就應(yīng)該考慮線路長度的匹配。各個單板上的帶冗余時鐘源的PECL鎖相環(huán)分配器以及PECL-TTL轉(zhuǎn)換器都應(yīng)該選用相同的器件，這樣可以保證較小的偏斜。各時鐘線上的標(biāo)識符表示線路的布線長度，在單板上通過兩級反饋來補(bǔ)償由于各器件的布局所引起的時鐘長度的不一致。其基本原理如下所述帶冗余時鐘源的PECL鎖相環(huán)分配器內(nèi)含有鎖相環(huán)電路，所以在穩(wěn)定工作的情況下，帶冗余時鐘源的PECL鎖相環(huán)分配器的參考時鐘輸入端與反饋時鐘輸入端是同相的，可以得出以下公式假設(shè)時鐘傳輸?shù)絘點的時間為Ta，傳輸?shù)絙點的時間為Tb，則Ta+Y’＝Tb-P’+Y’+P’由此可以得出Ta＝Tb。
可以看出，對于不同的單板并不需要約束它們的時鐘線布線完全一致，仍然可以保證各個單板上b點與a點具有相同的相位，只要在時鐘板上確保各PECL時鐘鎖相分配器的輸出引腳到背板引腳的布線長度一致，就可以得到在所有單板上的b點具有相同的相位。這樣，可以消除由于單板布線的不同所引起的時鐘相位的偏斜。在PECL-TTL轉(zhuǎn)換器部分，采用了同樣的反饋補(bǔ)償?shù)姆椒▉硐季€帶來的時延差異，圖3中所示的同一塊單板中的相同的標(biāo)識所代表的線路延時相同，不同單板之間可以不同。
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明所構(gòu)造的裝置作進(jìn)一步描述。
本裝置的帶冗余時鐘源PECL鎖相環(huán)分配器選用了一款Motorola的PECL時鐘鎖相環(huán)分配器。此器件接收兩個不同的(主備)PECL時鐘輸入，其二選一的輸入信號由器件上的一位輸入信號通過硬件來設(shè)置，當(dāng)檢測到PECL時鐘源質(zhì)量變壞時，會自動切換到另一路時鐘源，由于采用的鎖相環(huán)電路具有鉗位作用，能夠使得各個單板的相位逐步與時鐘板一致，所以這個過程是自動的、平滑的。各個單板上的帶冗余時鐘源的PECL鎖相環(huán)分配器通過兩個PECL時鐘源狀態(tài)信號通知CPU此時兩路時鐘源好或壞。同時此帶冗余時鐘源的PECL鎖相環(huán)分配器還有一復(fù)位信號用來清除PECL時鐘源由于信號質(zhì)量不好產(chǎn)生的告警指示，此信號由CPU來控制。
本時鐘系統(tǒng)自動保護(hù)倒換裝置的工作流程如下首先是復(fù)位過程，系統(tǒng)上電，各個單板上電，兩塊時鐘板穩(wěn)定地輸出兩路PECL時鐘源，在各個單板上帶冗余時鐘源的PECL鎖相環(huán)分配器選折一路PECL時鐘信號，各個單板上由硬件上設(shè)置為選擇相同的PECL時鐘源。CPU給出信號復(fù)位帶冗余時鐘源的PECL鎖相環(huán)分配器，此后整個時鐘系統(tǒng)就處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。在工作正常后，如果原始PECL時鐘信號由于外界干擾出現(xiàn)不正常，則帶冗余時鐘源的PECL鎖相環(huán)分配器會將時鐘源切換到第二路PECL時鐘，同時通知CPU，由CPU給出復(fù)位信號復(fù)位帶冗余時鐘源的PECL鎖相環(huán)分配器，如果原始PECL時鐘此時已經(jīng)恢復(fù)正常(通常情況下是如此)，則會將時鐘源切換回原始PECL時鐘。如果原始PECL時鐘此時仍沒恢復(fù)正常，則仍選用第二路PECL時鐘作為時鐘源。由于帶冗余時鐘源的PECL鎖相環(huán)分配器在兩路PECL時鐘源輸入后有一個鎖相環(huán)電路，所以這個過程是自動的、平滑的，可以使時鐘相位從原時鐘源相位逐步向新時鐘源相位對齊。
本發(fā)明提出的多點時鐘同步系統(tǒng)的自動保護(hù)倒換裝置，采用PECL信號在背板上進(jìn)行長距離的傳輸，提高了時鐘系統(tǒng)抵抗外界干擾的能力，具有較高的穩(wěn)定性。同時在時鐘電路的線路的布線的過程中，對時鐘線進(jìn)行約束和補(bǔ)償，可以保證比較低的相位偏斜。另外，本發(fā)明在時鐘主備倒換的過程中，實現(xiàn)了時鐘信號的平滑切換，降低了由于時鐘相位的突然改變導(dǎo)致的系統(tǒng)故障幾率。尤其對于同步時鐘數(shù)量多，傳輸距離遠(yuǎn)的系統(tǒng)，本發(fā)明更是一種很好的解決方案。
綜合上述，本發(fā)明為高速電子系統(tǒng)，尤其是高速數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)提出了一種時鐘同步及自動保護(hù)倒換的解決方案，具有低偏斜、高穩(wěn)定度、主備切換自動平滑的特點。
權(quán)利要求
1.一種多點時鐘同步系統(tǒng)的自動保護(hù)倒換裝置，其特征在于，包括兩個時鐘源單元和多個時鐘分配單元；所述兩個時鐘源單元具有相同的結(jié)構(gòu)，分別位于系統(tǒng)的主、備兩個時鐘板上，每個時鐘源單元包括PECL時鐘源和PECL時鐘鎖相分配器，所述的PECL時鐘源產(chǎn)生一對PECL時鐘信號，傳送給所述的PECL時鐘鎖相分配器，所述的PECL時鐘鎖相分配器將所接收到的PECL時鐘信號轉(zhuǎn)換成多對PECL時鐘信號，并將這些PECL時鐘信號經(jīng)過系統(tǒng)背板分別傳輸?shù)礁鱾€系統(tǒng)單板作為時鐘源；所述的時鐘分配單元位于各個系統(tǒng)單板上，每個系統(tǒng)單板上的時鐘分配單元包括一個帶冗余時鐘源的PECL鎖相環(huán)驅(qū)動器和多個PECL-TTL電平轉(zhuǎn)換時鐘分配器，所述的帶冗余時鐘源的PECL鎖相環(huán)驅(qū)動器同時接收主、備兩對PECL時鐘信號，根據(jù)信號質(zhì)量動態(tài)的在兩對PECL時鐘之間切換，同時鎖相輸入的PECL時鐘信號，輸出多路PECL時鐘信號給各個PECL-TTL電平轉(zhuǎn)換時鐘分配器，所述的PECL-TTL電平轉(zhuǎn)換時鐘分配器將接收到的信號轉(zhuǎn)換成TTL電平的時鐘信號輸出給本板上的各個器件使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動保護(hù)倒換裝置，其特征在于，所述的PECL時鐘源采用差分時鐘晶振。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動保護(hù)倒換裝置，其特征在于，所述的PECL時鐘鎖相分配器的輸出引腳到背板引腳的布線長度一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動保護(hù)倒換裝置，其特征在于，各個單板上的帶冗余時鐘源的PECL鎖相環(huán)驅(qū)動器由系統(tǒng)的CPU來控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動保護(hù)倒換裝置，其特征在于，在各個單板上的帶冗余時鐘源的PECL鎖相環(huán)驅(qū)動器都采用相同的器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動保護(hù)倒換裝置，其特征在于，在各個單板上的PECL-TTL電平轉(zhuǎn)換時鐘分配器都采用相同的器件。
全文摘要
本發(fā)明構(gòu)造了一種多點時鐘同步系統(tǒng)的自動保護(hù)倒換裝置,包括兩個相同的時鐘源單元和多個時鐘分配單元;時鐘源單元位于時鐘板上,包括PECL時鐘源和PECL時鐘鎖相環(huán)分配器;時鐘分配單元位于各個系統(tǒng)單板上,包括一個帶冗余時鐘源的PECL鎖相環(huán)驅(qū)動器和多個PECL－TTL電平轉(zhuǎn)換時鐘分配器;本裝置具有較強(qiáng)的抗干擾能力以及低偏斜、高穩(wěn)定度并能實現(xiàn)在主備時鐘源之間平滑切換的優(yōu)點。
文檔編號H04L7/02GK1383287SQ0111272
公開日2002年12月4日 申請日期2001年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月26日
發(fā)明者朱波 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司